第九章 铸造工艺方案设计和规程的编制
培训要点：通过本章的学习，了解铸造工艺设计的基本方法和工艺规程的主要内容，重点是结合实例的分析，掌握各类铸件的铸造工艺方案的拟定方法。
铸造工艺规程是用于指导生产的技术文件，它既是工厂生产技术准备和科学管理的依据，也是铸造工艺技术水平的体现和技术经验的结晶。铸造工艺规程编制水平的高低，对铸件质量、生产成本和效率起着关键性的作用。
铸造工艺规程编制的主要内容为：拟定铸造工艺方案、设计和绘制铸造工艺图、铸件图、模样和模板图（大量生产的重要铸件还应设计下芯夹具和各种卡板）、芯盒图、砂箱图、铸型装配图、编制和填写工艺卡片等。通常，铸造工艺规程编制的繁简程度，可根据工厂条件和任务性质来确定。大批生产或重要铸件的工艺规程要详细编制；单件、小批生产的普通铸件的工艺规程可以适当简化。铸造工艺设计内容和常规程序见表9-1。
此外，对于铸件生产流程中有共性的通用生产环节，如砂处理、造型、制芯、熔炼、浇注、清理等可以制定通用性的工艺规程即工艺守则来指导生产。
表9-1 铸造工艺设计的内容和常规程序
项目 内 容 在零件图上用规定的红蓝各色工艺符号表示出：分型（模）面、浇注位置、加工余量、收缩率、起模斜度、浇冒口系统、内外冷铁、砂芯形状和数量、芯头大小和配合间隙、铸肋、反变形量、分型负数、工艺补正量等 用途及应用范围 是制造模样、芯盒等工装，进行生产准备和铸件验收的依据 此图在铸件生产过程中必备 设计程序 1.产品零件图纸的铸造工艺性分析 2.选择铸造方法 3.确定浇注位置和分型（模）面 4.选择工艺参数 5.设计浇冒口系统、冷铁、铸肋和附铸试块 6.砂芯设计 7.将铸造工艺图作依据，画出铸件图 铸造工艺图 铸件图 主要反映铸件实际形状、尺寸和技术要求。其内容有：切削余量、工艺余量、铸件尺寸公差、加工基准、热处理规范和验收技术条件等 模样及模板的结构、尺寸、形状和材料等。模样和浇冒口系统在模板上的安装位置、方法及定位结构等。重要铸件还应设计下芯夹具和各种卡板 模样及模板图 是铸造生产用图，也是铸件检验的基准图和铸件验收及设计机加工工艺的依据。适用于成批、大量生产或重要零件 模样、模板制造和装配的依据 8.根据铸造工艺图设计模样、模板图 芯盒图 芯盒的结构、尺寸、形状和材料， 制造芯盒的依据 以及紧固和定位方式等 砂箱的结构、尺寸、材料，紧固和定位方式等 制造砂箱的依据 9.设计芯盒图 砂箱图 10.根据铸造工艺图所确定的相关参数及要求设计砂箱图 155
（续）
项目 内 容 表示铸件浇注位置、砂芯数量、下芯顺序和固定方式，浇冒口和冷铁布置、砂箱结构和大小。排气通道和排气方向等 说明造型、制芯、浇注、开箱、清理等工艺操作过程中的具体要求和注意事项等 用途及应用范围 作为生产准备、合型、检验和工艺调整的依据。用于成批大量生产、重要或重型铸件 作为生产和管理的重要依据。可根据批量大小填写必要的内容 设计程序 11.根据铸造工艺图的相关内容画出合型图 铸型装配图（合型图） 第一节 铸造工艺方案的确定
一、零件结构的铸造工艺性分析 所谓零件结构的铸造工艺性，通常是指零件本身的结构应符合铸造生产要求和铸造特点。零件结构的铸造工艺性好，易于保证铸件质量，简化铸造工艺过程和降低生产成本。
在对零件图进行工艺分析时要注意两点：第一，审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求，如发现结构有不合理处，应与有关设计部门进行研究协商，在保证使用性能的前提下予以改进，以便于简化工艺过程，保证铸造质量和降低生产成本；第二，在既定的零件结构条件下，估计到铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中预先采用相应措施予以防止。 对零件的铸造工艺性分析，一般从下述两方面进行。 1. 保证铸件质量 零件的某些铸造缺陷，常常和零件结构不合理有关。因此，为了保证铸件质量，铸件的结构设计应采用如下措施：
（1）铸件应有合理的壁厚 铸件的最小允许壁厚和铸造合金的流动性密切相关。铸造合金种类不同，其所能浇注的最小壁厚也不同。铸件壁厚太小，易产生浇不足、冷隔、超硬等缺陷。
在一般生产条件下，几种常用的铸造合金在砂型铸造时，铸件允许的最小壁厚见表9-2。 表9-2 砂型铸造铸件的最小允许壁厚 （单位：mm）
铸件尺寸 <200×200 200×200～500×500 >500×500 铸 钢 6～8 10～12 15～25 灰 铸 铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铝 合 金 铜 合 金 镁 合 金 3～5 5～10 10～20 4～6 6～12 -- 2.5～4 5～8 — 3 4 5～7 3～5 6～8 — — 3 — 注：1．如有特殊需要，在改善铸造条件的情况下，铸件最小壁厚可适当减小。 2．结构复杂或有耐压要求的铸件，最小壁厚应取上限。
由合金的凝固理论可知，过厚的铸件其截面中心易产生缩孔、缩松、晶粒粗大，偏析（球墨铸铁易产生球化衰退现象）等缺陷，导致铸件的力学性能下降 。由此可知，各种铸造合金均具有临界壁厚，铸件壁厚超过该临界值以后，铸件的力学性能并不按比例随着铸件壁厚的递增而增加，而是显著地下降。因此，铸件设计时不应单纯以增加铸件壁厚来提高铸件强度，
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铸造工艺卡片 12.概括整个工艺设计的主要内容
而应根据零件受力大小和载荷性质，选择合理的截面形状，如选用“T”字形，“工”字形、槽形和箱形截面，或增设加强肋来增强铸件。在实际生产中，砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小壁厚的三倍来考虑。 （2）铸件壁的过渡和连接要合理 厚薄不均的铸件在其壁的过渡和连接处因凝固和冷却速度不一，会产生较大的内应力，热节处易产生缩孔、缩松，连接或过渡处易产生裂纹。因此，在设计允许的情况下，铸件壁厚应力求均匀。如结构不能变更则在不同壁厚的连接部分应逐渐过渡、防止突变，避免尖角，避免形成大热节点。相交壁的连接宜采用圆弧过渡或逐渐过渡的形式，见图9-1。
（3）铸件内壁厚度应小于外壁 铸件内壁散热条件差，为使内外壁均匀冷却，减少热应力，防止裂纹等铸造缺陷，通常铸件内壁较外壁应薄10%～20%。 图9-1 壁厚的过渡形式 （4）铸件结构应有利于铸造合金凝固过程中的补缩 不a）不合理 b）合理 同的铸造合金有不同的凝固收缩特征。对于凝固收缩大，易
产生集中缩孔的合金，如铸钢、可锻铸铁、高牌号灰铁、黄铜、无锡青铜等倾向于采用定向凝固方式来设计铸件壁厚；对于易产生缩松的合金，如锡青铜、磷青铜，在设计铸件壁厚时常采用同时凝固方式以使缩松区控制在特定的部位；对于收缩较小的合金，如普通灰铸铁则更倾向于采用同时凝固方式设计铸件的壁厚；对于结构复杂的大型铸件，可根据其结构特征和质量要求，分别按定向或同时凝固方式设计铸件壁厚。
（5）铸件结构应有利于防止变形 某些细长件和面积较大的平板件易产生挠曲变形。其原因是铸件结构刚性差和铸件各部分冷却速度不同导致收缩速度不一，最终导致铸件变形,故应尽量按同时凝固的原则和采用对称结构进行壁厚设计,见图9-2。
（6）铸件结构应防止产生裂纹和减少内应力 由于铸件在凝固过程中要产生线收缩，如果在收缩过程中受到较大的阻力，则易使铸件产生较大的内应力甚至产生裂纹。为减少铸造应力，避免裂纹，一些水平壁宜改为斜壁，直轮幅宜改为“S”形轮幅, 整体壁宜改为带窗口的壁，见图9-3。
图9-2 防止变形的铸件结构 图9-3 防止裂纹的铸件结构
a）不合理 b）合理 a）不合理 b）合理
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（7）避免水平位置有较大的平面 在浇注过程中，铸型内的金属液上升至水平 位置的大平面时，由于截面扩大，液面升速骤减，平面上部砂型受高温金属液长时间烘烤，极易产生夹砂、浇不足、渣（砂）眼和气孔等缺陷。因此，在设计铸件壁结 构时，应尽量采用斜壁、曲面壁，见图9-4。 2. 简化工艺过程 铸件结构不仅应保证铸件质量，而且应考虑制模、造型（芯）、下芯、清理等工艺过程操作方便、可靠，在保证质量和使用性能的基础上，尽量简化工艺过程，以提高生产率，降低成本。一般按下述几方面进行分析：
（1）便于造型起模 应尽量避免铸件侧壁有凹入部分，或与起模方向相反的结构斜度，以免妨碍起模或增加造型难度。对铸件侧壁上妨碍起模的凸台、凸缘等要改进其结构，以便于起模，见图9-5。
图9-4 避免大平面的铸件结构
a）不合理 b）合理
图9-5 便于起模的结构
a）不合理 b）合理
（2）简化制芯操作和减少砂芯数量 铸件内腔结构越复杂，使用的砂芯也越多，此提高了铸造工艺的复杂程度和制造成本，见图9-6。其铸件结构经改进设计后，铸造工艺得以简化，减少了砂芯数量，降低了生产成本。 （3）简化和减少分型面 简化和减少造型分型面，不但可以减少砂箱用量或简化造型操作，而且大大提高了铸件的尺寸精度,见图9-7。 （4）有利于砂芯的安置、固定、排气和清理 为了保证铸件的尺寸精图9-6 减少砂芯数量的铸件结构 度，防止芯偏和气孔等缺a）改进前的结构 b）改进后的结构 陷，且便于清理，铸件的
结构设计应尽量避免使用悬臂砂芯、吊芯和使用芯撑，见图9-8。
（5）有利于简化铸造方式 对有些大而复杂的铸件，在保证使用性能的前提下，可采用分体单独铸造后再用螺栓或焊接连成整体的方法，以简化工艺，方便生产；有些小型铸件，
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图9-7 简化和减少分型的铸件结构 图9-8 有利于砂芯安置、固定、排气和清理的铸件结构
a）改进前的结构 b）改进后的结构 a）不合理 b）合理
如轴类或套类零件，可以采用联体铸造法，以提高生产效率。 二、选择造型（芯）方法和砂型（芯）种类 1. 造型和制芯方法的选择 在砂型铸造中，造型和制芯都是最基本的关键环节，其方法的合理选择至关重要。通常，造型和制芯的方法可分为手工和机器两大类。
（1）手工造型和制芯法 手工造型和制芯是铸造业中最基本的生产方法。由于其工艺装备简单，灵活多样，适应性强，所以在单件或小批生产及新产品试制过程中，尤其在重型和复杂铸件生产中应用广泛。
（2）机器造型和制芯法 采用机器造型和制芯生产率高，尺寸精度高，质量稳定，且劳动强度低，但其设备投资大，工艺装备复杂，模具要求高。通常，机器造型和制芯主要用于成批大量生产。 2. 砂型和砂芯种类的选择 砂型造型的种类主要有湿型、干型、表干型、自硬砂型和铁模覆砂型等；砂芯种类按其粘结剂不同可分为粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、树脂砂芯等；按其制芯工艺不同又可分为普通砂芯、自硬砂芯、热芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、壳芯砂芯等。
三、选择铸件的浇注位置
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置对铸件的内在质量和造型方式有直接影响。因此，在工艺设计时，先要根据铸件结构和技术要求，找出铸件质量要求高的部分（如重要加工面、受力部位等）和容易产生缺陷的部分（如厚大截面、大平面、薄壁处），选择浇注位置时，要将这些部分置于有利位置，以保证铸造质量。一般应注意下列原则：
（1）铸件的重要加工面、主要受力面应朝下，若不能朝下，可将其侧立或斜置；当铸件有多个加工面时，应将较大的面朝下。例如，机床床身的导轨面是关键部位，要求组织致密，无任何缺陷，因此，正确的浇注位置应导轨面朝下，见图9-9；对于筒类铸件，由于其筒身表面质量要求高，故多采用立浇方式，见图9-10。
（2）铸件的宽大平面应尽可能朝下，以避免产生夹砂、夹渣、气孔等缺陷，见图9-11。对于面积较大的平板类铸件，必要时还可采用倾斜浇注，以防止夹砂缺陷。
（3）对于厚薄不均的铸件，应将其厚大部分朝上，以利于冒口补缩实现定向凝固，此对于合金收缩率大的铸件特别重要，见图9-12。
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（4）对于薄壁铸件，应将簿而大的平面朝下，见图9-13。有条件的话，应侧立或倾斜，以避免冷隔、浇不足等缺陷，此对流动性差的合金尤为重要。
图9-9 床身浇注位置 图9-10 套筒的浇注位置
a）不合理 b）合理
图9-11 平板的浇注位置 图9-12 卷筒的浇注位置 图9-13 盖的浇注位置
a）不合理 b）合理
（5）应尽量减少砂芯数量，少用吊砂、吊芯、悬臂芯或芯撑，以便保证造型质量，使砂芯在铸型中安放牢固，排气顺利，合型和检验方便，见图9-8。
（6）合型和浇注及铸件冷却位置以一致为宜。以避免铸型在翻转过程中发生损坏或错位。但有时为了便于造型，又要保证铸件内在质量，如大型曲轴和卷筒类铸件也常采用平做立浇立冷工艺。
四、选择铸型分型面
分型面即铸型组元间的接触配合面。相对于浇注位置而言，分型面的选择侧重于经济角度。即在保证铸件质量（主要是尺寸精度）的前提下，尽量简化工艺，以提高效率，降低成本。
选择分型面应注意以下原则：
（1）为了保证铸件的尺寸精度，应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，如条件不允许，也应尽量使加工基准面和大部分加工面置于同一砂箱。图9-14是汽车后轮毂的工艺方案，铸件全部设在下箱。φ350mm圆周处是加工内孔的基准。若以φ350mm圆周顶面为分型面，虽可节省砂芯材料，但由于轮毂的台阶孔内腔由设于上箱的吊芯形成，因受偏芯和合型偏差导致内外圆同心度偏差，会使内孔加工后壁厚不均，影响质量，甚至报废。
（2）尽量减少分型面的数量，以简化造型操作，提高铸型精度。尤其是机器造型，通常只有一个分型面，最好不用活块，而用砂芯来取代,见图9-15。
（3）分型面的选择应有利于减少砂芯数量，采用自来芯取代下芯，见图9-16。下芯位置最好设在下箱，以便于操作和检验。
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图9-14 后轮毂的工艺方案 图9-15 减少分型面的数量
a）采用下芯减少分型面 b）用砂芯代替
（4）为方便起模，分型面一般取在铸件的最大截面上，且应充分利用上、下箱的高度，不使模样在一只砂箱内过高。对于较高的铸件尤其要注意。
（5）选择分型面不仅要考虑简化造型和制芯工艺，还要考虑铸件外观和减少落砂清理及机械加工的工作量，见图9-17。方案a使铸件产生较长的披缝，且清理工作量大；方案b的披缝短，且易清除。
图9-16 曲轴定位套的工艺方案 图9-17 摇臂的分型面选择
a）不合理 b）合理
上述原则在具体的工艺设计中往往存在着相互矛盾和制约的关系，比如尽量减少分型面是选择原则之一，但对于如机床床身和V形发动机机体类的大而复杂的铸件采用多个分型面的劈箱造型或组芯造型法反而更有利于保证铸件质量和简化工艺操作。因此，在进行铸件浇注位置和分型面的具体选择时，应结合实际生产条件和任务性质，进行多种方案的对比和论证，从优选择。
表9-3 吃砂量数值 （单位：mm）
模样平均轮廓尺寸 滑脱砂箱 ≤400 400～700 700～1000 1000～2000 2000～3000 3000～4000 >4000 a ≥20 30～50 50～70 70～100 100～150 100～150 100～150 150～200 b和c 30～50 40～70 70～90 90～120 120～150 150～200 200～250 >250 d ≥15 一箱中模样高度的0.5～1.5倍 注:手工造型时，边沿需考虑舂头尺寸。
五、砂箱中铸件排列数量的确定
砂箱中铸件排列数量的确定主要应考虑的因素为：铸件尺寸、生产批量、吃砂量、设备情况等，如采用造型线生产，尚需考虑生产作业的平衡问题。其中，吃砂量须根据具体的工艺要求合理选择。吃砂量太小，砂型紧实困难，强度较低，易产生涨砂、冲砂、跑火（射箱）
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等缺陷；吃砂量太大，又造成浪费。因为影响吃砂量的因素较多，在设计时要全面考虑和选择。表9-3为吃砂量参考数值。
第二节 砂芯设计
砂芯是铸型的重要组成部分，故砂芯设计是铸造工艺设计的主要内容之一。其设计内容主要包括确定砂芯的形状和分块、芯头结构、制芯材料、砂芯排气及加固方式等。下面重点叙述砂芯分块与芯头结构两个方面的问题。 一、砂芯分块
砂芯分块的主要依据是铸件结构、质量要求和生产条件。通常要求简化芯盒、便于制芯和下芯，并能保证铸件质量。其一般原则如下：
（1）为了提高砂芯的装配精度，在砂芯制造工艺不很复杂的前提下，应尽量减少砂芯的分块数量。图9-18为4缸柴油机缸盖排气道砂芯。4个排气道砂芯连成一体，大大提高了排气道的位置精度。
图9-18 缸盖排气道砂芯 图9-19 机体砂芯二次射芯
（2）对于内腔复杂的高精度铸件，可将多个砂芯经分块制芯并在高精度的胎具中预装后再通过二次射芯将其连成整体，从而保证了砂芯尺寸的高度精确和稳定，见图9-19。这种“先零后整”的砂芯分块法可使铸件达到很高的精度。
（3）对于形状复杂，重量大或长度大的砂芯，为了避免制芯和烘干时产生变形，可将砂芯分成数块。图9-20为封槽长砂芯分块。有时，为了保证铸件尺寸精度，便于下芯和检验，
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也可将砂芯分块制作，见图9-21所示。将砂芯分块制作后，1芯的位置就不再受2砂芯位置错动的影响，且便于下芯操作。
图9-20 封槽长砂芯分块 图9-21 为保证铸件精度而分块
（4）砂芯应有大而简单的填砂面，烘干支承面宜平直，以便于制芯操作及烘干处理。 （5）大型砂芯应尽量使烘干位置与下芯位置保持一致，以避免砂芯在翻动时造成损坏。 二、芯头结构
芯头是指支承和固定砂芯而不形成铸件轮廓的砂芯外伸部分。芯头的结构形式、形状和
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尺寸、配合精度等对砂芯在铸型中的位置精度、支承强度和排气性能有重大影响。根据芯头在铸型中的安放位置，可分为垂直芯头和水平芯头两大类。
1. 芯头的结构要素 芯头的结构要素包括芯头的长度（高度）、斜度、间隙、压环、防压环、集砂槽和特殊定位结构等，见图9-22。 （1）垂直芯头
1）芯头高度 垂直芯头的高度是芯头的主要尺寸。通常，在满足芯头基本要求的前提下，芯头尺寸不宜过大。否则，会不利于造型操作，且造成浪费。垂直芯头高度的选择，取决于砂芯的总高度和砂芯结构，一般为15～150mm。在具体选择芯头高度时要注意几点：
①细而高的砂芯，上、下都要有芯头。通常，下芯头可比上芯头取高一些。对于高度与直径之比大于5的细高砂芯，下芯头尺寸要适当加大，以增加砂芯的垂直稳定性。
②为便于操作，对于等截面或上下结构对
图9-22 芯头的结构组成
称的砂芯，上下芯头可采用相同的结构尺寸。
a）水平芯头 b）垂直芯头
在机械化大批生产时尤应如此。
③对于大而矮的砂芯，芯头可矮一些，也可以不要上芯头，以方便操作。 2）芯头斜度 为便于下芯和合型操作，在芯头和砂型的芯座上都应做出斜度，一般为5°～10°，上芯头斜度应大些。 3）芯头间隙 在芯头和芯座间留有间隙是为了方便下芯、合型操作及避免挤坏砂芯（型）。间隙过小，会使下芯和合型困难，操作可靠性差；间隙过大，会严重影响铸件质量（芯偏、披缝厚、气孔等）。芯头间隙的合理选择应考虑砂芯大小、砂型（芯）种类、模具精度、造型制芯方式和合型定位精度等。机器造型（芯）时，一般取间隙为0.5～1mm；手工造型（芯）时，间隙取0.5～4mm。当同一砂芯上有两个以上的芯头时，可将其中定位作用不大的芯头侧面间隙加大，以便于下芯。 （2）水平芯头
1）芯头长度 水平砂芯的体积越大，浇注时所受浮力也越大，为保证芯头与芯座间的支承强度，需适当加长芯头，以增加其承压面积。在实际生产中，芯头长度可根据实践经验或查找手册确定。通常，对于直径小于150mm和长度小于1000mm的中小型水平砂芯，芯头长度可取20～100mm，特大型砂
图9-23 水平芯头的斜度 芯芯头长度根据需要可取至400mm以上。
a）芯头不留斜度 b）芯头留斜度 2）芯头斜度 为便于下芯和合型，水平砂芯的
芯座端面上应做出斜度，一般为5°～10°，上箱芯座斜度可稍大些（β>α）。对于定位精度要求较低的手工造型（芯），只要制芯时砂芯能顺利脱模，其芯头端面可以不留斜度；对于定位
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精度要求高的机器造型（芯），其芯头端面也应做出与芯座相应的斜度,见图9-23。 3）芯头间隙可参考垂直芯头间隙的取值。
（3）压环、防压环和集砂槽 在采用湿型的机器造型大批量生产过程中，为了加速下芯、合型速度和保证铸件质量，常在芯头的模样上做出压环、防压环和集砂槽，见图9-22。 1）压环 在上模样芯座上做出R=1.5～6mm的半圆槽，造型后砂型芯座上即形成凸出砂环，合型后，砂环压紧砂芯芯头，避免液态金属钻入芯头，堵塞排气道。
2）防压环 在水平芯座靠模样根部处做出高0.5～2mm，宽5～12mm的凸肩。下芯和合型后，在芯头与砂型间留出一道环形缝隙，可防止砂型被压崩。 3）集砂槽 在砂型芯座边缘上形成的深约2～5mm的环状凹槽，用以聚集下芯时散落的碎砂，保证芯头芯座的配合精度。 （4）特殊定位芯头 对于要求在铸型中严格定位或有方位要求的砂芯，需设计特殊定位芯头。图9-24所示为部分定位芯头结构。其中a、b、c为防止砂芯转动的结构；d结构既防砂芯转动，又防砂图9-24 特殊定位芯头 芯轴向窜动。 a）、b）垂直芯头 c）、d）水平芯头 2.芯头尺寸的验算 通常，对
于芯头较大、重量较小和浇注时受金属液体浮力作用不大的中小型砂芯可由经验数据确定芯头尺寸，不必验算其承压面积。反之，则应在初步确定芯头尺寸后，要对其承压面积进行验算。步骤如下：
（1）计算砂芯所受的最大浮力 砂芯所受浮力与砂芯的形状、大小、在铸型中所处位置和所浇注的金属液体密度等因素有关。以图9-25所示砂芯为例，当金属液上升到A-A截面时其所受浮力达最大值为
F浮=
4（D1-D2）Hρg （9-1） 22
式中 F浮—砂芯所受浮力（N）； D1 —砂芯直径（m）； D2 —下芯头直径（m）；
H —砂芯受浮力作用部分的高度（m）； ρ—金属液密度（kg/m3）； g —重力加速度（m/s2）。 （2）计算上芯座所受压力
F芯=F浮-G芯 （9-2）
式中 F芯—作用于上芯座上的压力（N）； G芯— 砂芯的重力（N）。 （3）验算芯头承压面积
图9-25 砂芯受金属液体浮力示意图
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A≥
KP芯 压2
（9-3）
式中 A—上芯座与芯头的接触面积（cm）； K—安全系数，一般取1.3～1.5；
2
[压]—芯座的许用抗压强度（N/cm）；
222
一般湿型[压]取4～6 N/cm；活化砂型取6 ～10 N/cm；干型取60～80 N/cm。
经验算，如初定芯头尺寸的承压面积小于计算值，则应加大芯头尺寸或采取提高芯头芯座抗压强度的措施，如垫塞耐火砖、铁片或增加芯撑、增设工艺孔等。 3. 砂芯负数（砂芯减量） 砂芯在制作过程中，因湿态时蠕变、烘干后膨胀以及上涂料后往往会造成砂芯在某个方向上的尺寸扩大，导致铸件在该处壁厚减薄，影响铸件质量，所以在设计芯盒时，应在相应方向将砂芯尺寸适当缩小，这个缩小量称为砂芯负数（砂芯减量）。砂芯负数的选取与砂芯尺寸、芯砂种类、芯盒结构和制芯方式等因素有关。表9-4所列为砂芯负数参考数值。图9-26为不同砂芯负数选择的示意图。 表9-4 砂芯负数
砂芯尺寸/mm 平均轮廓尺寸 250～500 高度 ≤300 300～500 >500 ≤300 300～500 >500 ≤300 300～500 >500 ≤300 300～500 >500 ≤300 300～500 >500 各面负数/mm 沿长度 0 1 2 1 2 3 2 3 4 2 3 4 3 4 5 沿宽度 1 2 3 2 3 4 3 3 4 3 3 4 3 4 5 500～1000 1000～1500 1500～2000 注：1．表中所列为参考数值，选择时可根据具体工艺条件酌情增减 。 2．平均轮廓尺寸 =（轮廓长度+轮廓宽度）/2 。 3．表中所列各面负数值，是该方向负数值的总和。 4．表中所指长、宽、高的区分，以下芯位置为准。
图9-26不同砂芯负数选择示意
S — 间隙 a — 砂芯负数
第三节 铸造工艺参数
为了使铸件能达到预期的技术指标，在铸造工艺设计过程中需确定一些设计数据，即铸造工艺参数。它包括铸件线收缩率、机械加工余量、起模斜度、工艺补正量、分型负数、反变形量等。
一、铸造线收缩率
铸件在凝固和冷却过程中，一般要产生线收缩而造成铸件实际尺寸比模样尺寸减小。因 此在制造模样或芯盒时需加上相应的线收缩量。铸造线收缩率可用下式表示
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LL1100% （9-4） L1式中 ε—铸件线收缩率（%）； L—模样尺寸； L1—铸件尺寸。
铸造线收缩率的大小主要取决于合金成分、铸件结构和大小、砂型砂芯的退让性、浇冒口系统结构等因素。同一个铸件 ，铸件在长、宽、高三个方向的线收缩率也不一致。在单件小批生产时，铸造线收缩率可参考经验数据选取，见表9-5；大批生产时，应先通过试生产测知铸件各向的实际收缩尺寸后，再选定精确的各向线收缩率，用以制作模样和芯盒以获得尺寸精度较高的铸件。
表9-5 砂型铸造普通合金的铸造线收缩率
合金种类 灰铸铁：中小件 中大件 特大件 筒形件长度方向 直径方向 孕育铸铁：HT250 HT300 HT350 线收缩率（%） 自由 受阻 收缩 收缩 1.0 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.9 0.8 0.7 0.5 1.0 0.8 1.0 0.8 1.5 1.0 合金种类 黑心可锻铸铁 壁厚>25mm 壁厚<25mm 白心可锻铸铁 球墨铸铁 铸钢:碳钢及低合金钢 含铬高合金钢 铁素体—奥氏体钢 线收缩率（％） 自由 受阻 收缩 收缩 0.75 0.5 1.0 0.75 1.75 1.5 1.0 1.6～2.0 1.3～1.7 1.8～2.2 合金种类 非铁合金: 铝—硅合金 铝—镁合金 铝—铜合金 线收缩率（％） 自由 受阻 收缩 收缩 1.0～1.2 1.3 1.6 1.6 1.8～2.0 1.4 2.0～2.2 0.8-1.0 1.0 1.4 1.2 1.5～1.7 1.2 1.6～1.8 （w（Cu）7%～12%） 镁合金 锌黄铜 锡青铜 无锡青铜 0.8 1.3～1.7 1.0～1.4 1.5～1.9 二、机械加工余量
机械加工余量是为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸造工艺设计时预先增加且在机械加工时应予切除的金属层厚度。机械加工余量应根据合金种类、铸件大小、铸造方法、铸件精度等级、加工面在浇注时的位置等因素酌情确定。加工余量过大会造成材料和加工工时浪费，且将铸件表面致密层切掉会影响零件的使用性能；加工余量过小会因铸件表皮硬度较高而加剧刀具磨损或因铸件变形等原因达不到图样要求的加工尺寸而报废。
相对而言，铸钢件因浇注温度高、收缩大、表面质量差，故加工余量宜取大些；铸铁件的表面质量较好，加工余量可取小些；铸造非铁合金较贵重，因此加工余量要更小些。此外，在铸件浇注位置的顶面较易产生气孔和夹渣等铸造缺陷，其加工余量要适当放大；尺寸大的铸件变形也较大，加工余量也要放大些。
根据GB/T11350-89规定，机械加工余量的代号用字母“MA”表示。加工余量的等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9个等级（砂型铸造一般为G、H、J级）。
按GB/T11350-89《铸件机械加工余量》的规定选取具体加工余量时，要结合GB6414-86《铸件尺寸公差》相关规定配套使用。铸件尺寸公差的代号为“CT”,其等级分为16级。砂型铸造时，成批和大量生产的公差等级为CT7～13级，小批和单件生产为CT10～15级。 加工余量应在工艺图或技术文件中注明。标注例：加工余量按GB/T11350-89 CT8-MAH/G（即铸件尺寸公差等级按CT8级，加工余量顶面按H级，其余按G级规定在GB/T11350-89《铸
166
件加工余量》中选取）采用非标准加工余量时，应在铸造工艺图上所需部位直接标出。 三、起模斜度
为方便造型或制芯时的起模操作，避免损坏砂型（芯），在平行于起模方向的模样和芯盒壁上做出的斜度为起模斜度。
起模斜度的大小取决于造型（芯）方法、起模高度、模样材料、模样制作精度及表面粗糙度、图9-27 起模斜度施加形式 造型制芯材料等因素。起模斜度a）增加铸件壁厚 b）加减铸件壁厚 c）减少铸件壁厚 根据铸件的具体要求可采取增加
铸件壁厚、增减铸件壁厚或减少铸件壁厚的方式形成，见图9-27。起模斜度可根据JB/T5105-91推荐标准提供的有关规定选用，见表9-6、表9-7。 四、最小铸出孔、槽
通常，铸件上尺寸较大的孔、槽以及机加工无法做出的孔、槽都应直接铸出。这不但可以降低零件的生产成本和提高其使用性能（保留了孔壁金属致密层），还可以避免因铸件局部过厚形成热节而产生缩孔、缩松缺陷。但是，尺寸较小的孔、槽在铸件壁很厚时，则不宜铸出，直接用机加工方法制出反而更方便和经济。最小铸出孔、槽的尺寸，和铸件的铸造方法、生产批量、合金种类、铸件壁厚等因素有关，表9-9所列最小铸出孔、槽尺寸仅供参考。 五、分型负数
在采用干型、表干型砂型生产大中型铸件时，分型面在修型、烘干过程中会产生变形、使合型不严。为防止浇注时跑火，合型前需在分型面之间垫以石棉线、油泥条等，导致垂直于分型面方向的铸型尺寸增大。为了抵消铸件在分型面部位产生的增厚，在模样上预先减去相应尺寸，该尺寸称为分型负数。其数值按表9-10选取。
表9-6 粘土砂造型时，模样外表面的起模斜度
测量面高度h/mm ≤10 >10～40 >40～100 >100～160 >160～250 >250～400 >400～630 >630～1000 >1000～1600 >1600～2500 >2500 起 模 斜 度 ≤ 金属模样、塑料模样 木 模 样 α a/ mm α a/mm 2°20’ 0.4 2°55’ 0.6 1°10’ 0.8 1°25’ 1.0 0°30’ 1.0 0°40’ 1.2 0°25’ 1.2 0°30’ 1.4 0°20’ 1.6 0°25’ 1.8 0°20’ 2.4 0°25’ 3.0 0°20’ 3.8 0°20’ 3.8 0°15’ 4.4 0°20’ 5.8 — — 0°20’ 2.9 — — 0°15’ 11.0 — — 0°15’ — 起 模 斜 度 ≤ 金属模样、塑料模样 木 模 样 表9-7 粘土砂造型时，模样凹处内表面的起模斜度
测量面高度h/mm 167
≤10 >10～40 >40～100 >100～160 >160～250 >250～400 >400～630 >630～1000 >1000 α 4°35’ 2°20’ 1°05’ 0°45’ 0°40’ 0°40’ 0°35’ 0°30’ — a/mm 0.8 1.6 2.0 2.2 3.0 4.6 6.4 8.8 — α 5°45’ 2°50’ 1°15’ 0°55’ 0°45’ 0°45’ 0°40’ 0°35’ 0°35’ a/mm 1.0 2.0 2.2 2.6 3.4 5.2 7.4 10.2 注：1．当凹处过深时，可用活块或砂芯形成。 2．对于起模困难的模样，允许采用较大的起模斜度，但不得超过表中数值一倍。
3．当造型机工作比压在700MPa以上，允许将本表的起模斜度增加，但不得超过50%。 4．铸件结构本身在起模方向上有足够的斜度时不再增加起模斜度。 5．同一铸件，上下两个起模斜度应取在分型面上同一点。
表9-9 最小铸出孔、槽尺寸 （单位：mm）
合金种类 铸 铁 铸 钢 大 量 生 产 12～15 — 生 产 批 量 成 批 生 产 15～30 35～50 单件、小批生产 30～50 ≥60 注：表中孔、槽尺寸为考虑加工余量后的数值。 确定分型负数的一般原则为 （1）两箱分模造型、上下模样结构对称的，分型负数在上下分模面各取一半，见图9-28a；上下模样不对称的，分型负数一般取在上半模，见图9-28b。
（2）整模造型，铸件模样又全部位于一个砂箱时，分型负数取在分型面模样一端，见图9-28c。
（3）多箱造型时，每个分型面均要取分型负数。
图9-28 分型负数取向示意
a）对分模 b）不对称分体模 c）整体模
六、工艺补正量
在单件小批生产中，为防止因选用的铸件线收缩率与实际值不符，或由于铸件变形、砂芯移位及有规律的操作偏差等原因的影响而造成铸件局部壁厚不足，在铸件相应部位的非加工面上增加的金属层厚度，叫工艺补正量,见图9-29。
工艺补正量的取值与铸件大小、结构和合金成分等因素有关，选择时应结合具体的铸件情况和生产条件酌定,见表9-11。
表9-10 模样的分型负数 （单位：mm）
砂箱长度 分 型 负 数a 干 型 表干型 砂箱长度 分 型 负 数a 干 型 表干型 168
<1000 1000～2000 2000～3500 2 3 4 1 2 3 3500～5000 >5000 5 7 4 6 注：采用自硬砂型时，分型负数应减小。 七、反变型量（反挠度）
在铸造壁厚不均的长条形铸件或扁平类铸件时，由于其冷却速度不同及收缩不一致，易产生较大的内应力，导致铸件挠曲变形。为此，制作模样时，在铸件可能产生变形的部位预先做出与之相反的变形量，称为反变形量。反变形量应在铸件冷却变形后正好得以抵消，从而获得符合图样要求的铸件，见图9-30、图9-31。
图9-29 工艺补正量
图9-30 平板的变形与反变形量 图9-31 反变形量的形式
1—挠曲变形趋势线 2—模样的反变形量 a）月牙形 R = (b+f)/2f b）竹节形 c）三角
2
2
表9-11 铸件的工艺补正量 （单位：mm）
被补面间距或被补面 与基准面距离L <250 250～400 400～650 650～1000 1000～1600 1600～2500 工艺补正量a 铸铁 铸钢 1～2 2～4 1～2 3～5 1.5～2.5 3～5 2.5～3.0 5～6 3.0～3.5 6～7 3.5～4.0 7～8 被补面间距或被补面 与基准面距离L 2500～4000 4000～6500 6500～8000 8000～10000 10000～12000 工艺补正量a 铸铁 铸钢 4～5 5～6 6～7 7～8 8～9 8～10 10～12 12～14 14～16 16～18 铸件挠曲变形的大小和铸件的合金成分、尺寸、结构、造型方法、浇注温度和开箱时间等因素有关。因此，铸件的反变形量一般根据实际生产经验来确定： 1. 反变形量的大小 铸件壁厚越不均匀，长度越大，高度越小，则变形量越大，需要预加的反变形量也愈大。一般工作台或机床床身小于5m时，按1.5～2.5mm/m取变形量；床身长度大于5m时，按1～2mm/m取变形量。铸件壁厚相差大或长度与高度之比较大时应选上限。此数据仅为初生产时选用，铸件经试生产后，尚需根据实际检测情况对反变形量进行修正和确定。 2. 反变形量的施加方向 通常，铸件壁厚的部分冷却慢而收缩迟易产生拉应力，使铸件呈内凹变形；铸件壁薄的部分冷却快而收缩早易产生压应力，使铸件呈外凸变形。因此，应对铸件具体的挠曲变形趋势全面分析后再确定反变形量的施加方向。
169
3. 不加反变形量 对于尺寸较小的平台或床身（小于2m），一般可不留反变形量，而通过加大加工余量来补偿变形或设置同时凝固的冷却条件（如加冷铁）来减少变形。
第四节 铸造工艺文件
铸造工艺文件是用文字、图样及表格说明零件的生产工艺过程和指导生产作业的技术资料。实际生产中常用的工艺文件有：铸造工艺图、铸件图、模样和模板图、芯盒图、砂箱图、铸型装配图和铸造工艺卡等。
工艺文件的格式和内容，因铸件生产性质、生产类型和生产条件不同而有所区别。各种工艺文件所反映的主要内容和应用范围见表9-1。铸造工艺图上常用的工艺符号、表示方法、铸造工艺卡的内容和格式如下：
一、常用铸造工艺符号及表示方法
铸造工艺符号是表达设计者设计意图与要求的专用符号。根据JB2435-78标准规定，铸造工艺符号可采用甲、乙两类形式表示。甲类形式是在零件的蓝图上用红蓝两色线条绘制的工艺图；乙类形式是用墨线绘制的工艺图。这两类形式均适用于砂型铸钢件、铸铁件和铸造非铁金属铸件。表9-12为甲类形式的常用工艺符号和表示方法。
表9-12 铸造工艺符号及表示方法
序号 名称 工艺符号及示例 表示方法 用红色线表示，并用红色写出“上、中、下”字样 1 分型线 用红色线表示，在任一端画“<”号 2 分模线3 分型分模线 4 分型负数 用红色线表示 用红色线表示，并注明减量数值 （续）
序号 名称 工艺符号及示例 表示方法 170
5 不铸出的孔槽 不铸出的孔或槽在图上用红笔打叉 加工余量分两种方法可任选其一 a．用红色线表示，在加工符号附近注明加工余量数值 b．在工艺说明中写出上、侧、下加工余量数值。特殊要求的加工余量可将数值标在加工符号附近。凡带斜度的加工余量应注明斜度 用红色线表示，注明正、负工艺补正量的数值 6 机械加工余量 7 工艺补正量 各种冒口均用红色线表示，注明斜度和各部尺寸，##并用序号1、2区分 冒 8 口 用红虚线表示，注明切割余量数值 9 冒口切割余量 补 10 用红色线表示并注明各部尺寸 贴出气孔 用红色线表示，注明各部尺寸 11 （续）
序号 名称 工艺符号及示例 表示方法 171
砂 14 15 12 芯 13 芯头斜度与间隙砂芯增减量、芯间间隙捣砂、出气和紧固方向芯 芯头边界用蓝色线表示，编号用阿拉伯数##字1、2等标注，边界符号一般只在芯头及砂芯交界处用与砂芯编号相同的小号数字表示，铁芯须写出“铁芯”字样 用蓝色线表示并注明斜度及间隙数值 用蓝色线表示，注明增减量与间隙数值，或在工艺说明中注明 用蓝色线表示，箭头表示方向，箭尾划出不同符号 一般芯撑用红色线表示，结构特殊的芯撑要写出“芯撑”字样 16 撑模样活块 用红色线表示，并在此线上画两条平行短线 用蓝色线表示。圆钢冷铁涂淡蓝色，成型冷铁打叉 （续）
17 冷18 铁序号 名称 工艺符号及示例 表示方法 172
19 拉肋、收缩肋 用红色线表示，注明各部尺寸，并写出“拉肋”或“收缩肋”字样 20 浇注系统 用红色线或红色双线表示并注明各部尺寸 21 本体试样 用红色线表示，注明各部尺寸，并写出“本体试样”字样 22 工艺夹头 用红色线描（划）出工艺夹头的轮廓，并写出“工艺夹头”字样 样 23 板 用蓝色线划出样板轮廓及木材剖面纹理，并写出“样板”字样 专门绘制样板图时，应在检验位置注明样板标记 用红色双点划线表示，并注明反变形量的数值 24 反变形量二、常用铸造工艺卡片格式
铸造工艺卡用表格化的形式，集中体现了铸造工艺设计和操作要点的主要内容。它和铸造工艺图一样，都是零件在铸造生产过程中最基本、最重要的技术资料和工艺文件，也是施工单位编制生产计划、调整劳动组织、安排物资供应、进行质量检验和经济核算的主要凭据。
铸造工艺卡具体内容的详略因生产条件、生产性质和类型而异。通常，对于需成批、大量生产的定型产品，其工艺卡内容应详尽；单件、小批生产的铸件工艺卡内容可以适当简化。
表9-13和表9-14所示铸造工艺卡的内容及格式分别适用于手工造型的单件小批生产和机器造型的成批生产。供参考。
173
174
一、箱体类第五节铸造工艺实例分析175
箱体铸件一般指封闭或半封闭的箱形或框架形铸件。如齿轮箱、床身、柴油机机体等。其特征是内腔容积较大，尺寸要求较高，壁较薄，有些铸件内腔具有隔板及轴孔，有些还要求铸件耐压及耐磨。其铸造难度相对较高。
通常，箱体类铸件的工艺特点是：重点考虑砂芯的制作、安放、固定、通气及检查等问题。浇注系统应满足快速、平稳、顺利排气的要求。一般按同时凝固的原则来设计浇冒口。 箱体类铸件较易产生的铸造缺陷有气孔、砂眼、夹砂、冷隔、裂纹等。 1. S195柴油机缸体 （1）材质：HT250。
（2）基本结构参数及技术要求
1）壁厚 一般为5mm，最大壁厚为15mm。
2）结构 铸件为封闭式箱形结构，毛坯轮廓尺寸为528mm×306mm×183mm。 3）重量 铸件毛坯重41kg，加工后净重35.4kg。每箱浇注总重98kg。 4）铸件水套要求在0.3～0.4MPa的水压下保压3min不渗漏。
5）内外表面要求清洁、无粘砂、飞翅及毛刺，表面粗糙度不大于Ra25μm。 6）铸件不允许有裂纹、冷隔、错型等缺陷。
（3）生产方式及条件 大批量生产；GF气冲造型线造型；K87壳芯机及Z8612B射芯机制芯；冲天炉加工频炉双联熔炼。 （4）铸造工艺方案 （工艺图见图9-32）
1）浇注位置和分型面 从造型及下芯方便且有利于排气等多方面因素考虑，采用平做平浇方式，中间对称分型，浇注位置为齿轮室盖面朝下，浇注采用中注式。该方案的特点是：分型面设于缸体中部使模样分模面与主体砂芯的芯盒分盒面保持一致，起模斜度方向相同，有利于保证铸件的尺寸精度，且便于造型和下芯；齿轮室盖面设于下箱是考虑室盖面外形较复杂，自来芯较多，将其置于下箱有利于保证造型质量。另外，置于上
图9-32 S195柴油机缸体工艺简图
箱的飞轮端主轴孔垂直芯头
1-浇口杯 2-直浇道 3-横浇道 4-内浇道 5-出气孔
的直径较大，有利于砂芯的排
气及保证砂芯在浇注时不产生上浮现象。
2）每箱铸件数量的确定 造型线砂箱尺寸为1000mm×800mm×300mm/300mm，根据缸体尺寸定为一箱两件。
176
3）确定工艺参数
①加工余量：因缸体采用金属模样在气冲造型线大量生产，侧底面取加工余量3mm，其余取3.5mm。
②缩尺：根据合金种类及结构，各向缩尺同取1%。 ③起模斜度和铸造圆角：一般起模斜度为1°，自来芯为3°。铸造圆角取R=3mm。 ④浇注温度：1340～1400℃。 ⑤开箱时间：大于40min。
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4）砂芯设计 根据缸体内腔结构，其主结构形状用两个砂芯形成，其中1砂芯为主体芯
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（壳芯），2砂芯为挺杆孔芯（热芯盒），下芯时先下1芯，再下2芯。为保证下芯位置准确，#
1主体芯采用专用夹具下芯。
5）浇注系统设计 因缸体的结构为薄壁箱体件，浇注时要求快速、平稳充型。根据每箱排放两个铸件且为对称布置的特点，将两个缸体并在一起计算。 ①采用水力学计算公式计算∑A内
∑A内=
2
G0.31tHp (9-5)
式中 ∑A内 —内浇道总截面积（cm）； G —每箱铸型浇注铁液总重量（kg）， G =98kg； μ—流量系数，查有关表格并经修正得μ=0.30；
t —浇注时间（s），t =SG，查表得S =1.85,则t ≈18.31s； Hp —平均静压头高度（cm），中间注入式浇道Hp=H0-980.310.3018.312
c83018.38=27.7cm；
综上，∑A内=cm≈10.93cm
27.722
取∑A内=11cm。
②内浇道从壁较薄的水箱窗口面引入，取内浇道截面形状为扁梯形，因受铸件结构位置尺寸所限，每个铸件所设四道内浇道采用两种尺寸。
③浇注系统各部分比例选择为：∑A内：∑A横：∑A直=1：1.84：1.45 。为加强档渣作用，在上、下型横浇道搭接处放置一块高硅氧纤维滤网,网孔尺寸为1.5mm×1.5mm。 6）排气系统设计
①砂型的排气 在缸体主轴孔法兰边、凸轮轴孔和平衡轴孔等凸台处共设置φ10mm出气孔15处。
##
②砂芯的排气 在1芯主轴孔垂直芯头中心和后封门水平芯头处设砂芯排气道，另在2芯内设两处φ8mm排气道从水平芯头处引出气体。设计时在芯头部位均做出压紧环，以防铁液钻入排气道。 2. 床身
（1）材质：HT300。
177
（2）基本结构参数及技术要求
1）壁厚 一般壁厚12～13mm，最大壁厚65mm。
2）结构 铸件为半封闭式箱形结构，毛坯轮廓尺寸为2240mm×400mm×479mm。 3）重量 铸件重量520kg，浇注总重620kg。 4）硬度 导轨面硬度要求190～240HBS（铸态），并要求硬度均匀。 5）导轨面不允许有任何铸造缺陷。 6）铸件须经人工时效处理。
（3）生产方式及条件 成批生产；干型、抛砂机造型；手工制芯；冲天炉熔炼。 （4）铸造工艺方案（工艺图见图9-33）
1）浇注位置和分型面 沿床身轴向中心线分型，两箱造型。下芯合型后翻转90°，浇注位置为导轨面朝下。
2）每箱铸件数量 每箱一件。 3）确定工艺参数
①加工余量：导轨处为6～9mm，床脚等处为5～7mm；为预防床身变形，在导轨面处设反变形量3mm。
②缩尺：轴向取1%，径向取0.8%。 ③浇注温度：1340～1380℃。
##
4）砂芯设计 铸件的内腔和肋板等均由砂芯形成。为便于制芯，将主体芯3、4分成两半制芯，干燥后再组装成整体，在接合面各留0.5mm的砂芯减量。芯头间隙取2mm。
5）浇注系统设计 因该床身较短，铁液可从床身一端的底部沿导轨长度方向注入。使用
222
一个直浇道，截面积为28cm，横浇道总截面积为24cm。内浇道总截面积为18.5cm。浇注系统各部分比例为∑A内：∑A横：∑A直=1：1.3：1.5。
由于材质为灰铸铁，且铸件顶部壁厚较均匀，故采用同时凝固方式，不设置补缩冒口， 只在前后床脚处设扁出气冒口22mm×20mm的3个，35mm×20mm的1个。 二、筒体类
筒体类铸件根据其直径与高度比的不同，可分为长筒类和短筒类。这类铸件的铸造工艺方案有立浇和平浇两大类。立浇又可分为平做立浇和立做立浇，前者适用于长筒，后者适用于短筒。相对而言，立浇的铸件质量要优于平浇，但其操作较麻烦。立浇常采用顶雨淋、底雨淋或多层阶梯式浇道；平浇常采用中注式浇道。 1. 气缸套
（1）材质：HT350。
（2）基本结构参数及技术要求 1）壁厚 主要壁厚36mm。
2）结构 长筒类结构，铸件轮廓尺寸为φ350mm/φ290mm×850mm（带环形冒口）。
178
图9-33 床身工艺简图
3）重量 铸件重量160kg，浇注总重250kg。 4）硬度 207～241HBS，要求硬度均匀。
5）铸件不允许存在任何铸造缺陷（铸件各表面都需机械加工）。 6）铸件须经7.5MPa水压试验。 7）铸件须经人工时效处理。
（3）生产方式及条件 成批生产；干型，手工造型与制芯；冲天炉加电炉双联熔炼。 （4）铸造工艺方案（工艺图见图9-34）
1）浇注位置和分型面 根据该铸件质量要求高的特点，采用立做立浇方案。四箱造型。 2）每箱铸件数量 每箱一件。 3）确定工艺参数
①加工余量：铸件内、外圆各为6mm，底面9mm。
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②缩尺：各向缩尺取0.8%。 ③浇注温度：1340～1380℃。
4）砂芯设计 主体砂芯的中部用带孔钢管作芯骨和排气道。另外，要求用强度较高，变形量较小的芯砂制作主体砂芯，砂芯的烘干质量和表面质量要严格控制。雨淋浇口砂芯的紧实度和四个内浇道截面尺寸要保证。
5）浇注系统设计 浇注系统采用顶注雨淋式，铁液通过直浇道、横浇道从椭圆形内浇道注入型腔。为防止铁液冲刷型（芯）壁，将内浇道的中心对准铸件壁的中心。浇注系统各部分比例为∑A内：∑A横：∑A直=1：4.2：3.6。为进一步提高挡渣效果，图9-34 气缸套工艺简图 采用定量拔塞式外浇口杯。另外，在铸件的顶端加高一段作为
补缩冒口，可在车加工时割除并从中取样作检验。冒口顶部开设两道出气口，以排出型腔内气体并作为浇注指示。为保证铸件底端的质量，在铸件底端设一圈放冷铁液的存贮穴。 三、轮盘类
轮盘类铸件包括齿轮、带轮、蜗轮、叶轮、飞轮等铸件。由于轮缘和轮毂及上下端面通常都需机械加工，故对铸件质量要求较高，尤其在齿面和轴孔处不允许有任何铸造缺陷。 通常轮盘类铸件的壁厚差较大，故其铸造应力较大。另外，壁厚较大的轮缘和轮毂处是热节区，易形成缩孔或缩松。针对该类铸件的结构特点，铸造工艺常采用多而分散的内浇道，使金属液平稳而快速充型。为保证热节区的铸造质量，工艺上常采用冒口补缩或冒口与冷铁配合使用方案。
轮盘类铸件较易产生的铸造缺陷有缩孔、缩松、气孔、砂（渣）眼等。某些壁厚差大的铸件，也会因铸造应力过大而产生裂纹。 1. 蜗轮
（1）材质：QT450-10。
（2）基本结构参数及技术要求
1）壁厚 最薄处15mm，最厚处65mm。
2）结构 铸件为轮盘类，毛坯轮廓尺寸φ835mm×140mm。 3）重量 铸件重量240kg，浇注总重340kg。
4）金相要求 球化级别不得大于4级，渗碳体含量不得大于2%（附铸试块）。
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5）硬度 160～210HBS。 6）轮缘齿面及轴孔内不允许有任何铸造缺陷。
7）铸件须经高温石墨化退火处理。 （3）生产方式及条件 单件小批生产；干型、干芯,手工造型、制芯；冲天炉熔炼，冲入法球化处理。
（4）铸造工艺方案（工艺图见图9-35）
1）浇注位置和分型面 分型面设于轮缘一端的倒角处。采用两箱造型，平做平浇方案。 2）每箱铸件数量 每箱一件。 3）确定工艺参数
①加工余量：顶面12mm，外圆9mm，内孔和底面8mm。
②缩尺：各向缩尺取0.8%。
图9-35 球墨铸铁蜗轮工艺简图 ③浇注温度：1320～1350℃。
4）浇注系统设计 根据铸件
壁厚差较大的结构特点和球墨铸铁的糊状凝固特性，浇注系统采用定向凝固方案。铁液从直浇道、横浇道进入两个对称布置的暗边冒口（暗冒口直径为热节圆直径的1.8倍）,再从铸件轮缘处进入型腔。由于铸件轮缘周长尺寸较大，两个边冒口的补缩距离不够（冒口单侧有效补缩距离按3倍的热节圆直径考虑），尚需在其补缩距离之外再设置12块外冷铁，以加速这些部位的冷却，防止产生缩孔、缩松。另外，在轮毂顶端设一个明冒口补缩（该冒口在铸件浇注末期要补充高温铁液），明冒口直径为该处热节圆直径的2.6倍。为保证轮毂与幅板连接处热节区的铸造质量，在下型的轮毂与幅板交接处再设置4块外冷铁。因为充作内浇口的两个冒口颈截面尺寸较大，浇注系统呈开放式，故要求在直浇道或横浇道上设置滤网挡渣。 铸型在浇注时通过设在轮缘上的6个φ20mm的出气孔和中部φ160mm的冒口进行排气。
第六节 铸造工艺CAD简介
一、铸造工艺CAD的基本概念
CAD是人机结合，各尽所长的新型设计方法。铸造工艺CAD通常指计算模拟、几何模拟和数据库的有机结合，是利用计算机帮助铸造工作者在工艺分析、电脑试浇注和质量预测的基础上，优选铸造方案，估算铸造成本，并用计算机绘制、编制铸造工艺图、工装图、工艺卡等技术资料。其系统原理的框图见图9-36。目前，铸造工艺CAD技术仍在不断发展和完善，且随着计算机辅助制造技术CAM的发展和普及，将进一步促进铸造工艺CAD向实际铸造生产过程的CAD/CAM发展。
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二、铸件凝固模拟及铸造工艺优化
1. 铸件收缩缺陷预测原理 铸件凝固模拟是铸造工艺CAD的一个重要组成部分，其目的是预测铸件在凝固过程中是否会产生收缩缺陷，如缩孔、缩松。目前的凝固模拟技术一般采用临界流动固相率法来预测铸造收缩缺陷。
假定温度与液态金属固相率呈线性关系，即：
图9-36 铸造工艺CAD系统原理图 TlT fs
TlTs（9-6）
式中 fs—固相率；
Tl—金属液相线温度； Ts—金属固相线温度； T—金属在t时刻的温度。 由上式可知：
当T≥Tl时，fs≤0，金属为液态； 当Ts 182 图9-37 铸件凝固模拟软件系统结构 图9-38 后桥壳工艺优化过程 a）原工艺方案 b）原方案在浇注后300秒时模拟凝固状态 c）改进工艺方案 d）改进工艺方案在浇注后210秒时模拟凝固状态 1-铸件 2-砂芯 3-弹簧钢板处 4-法兰根部 5-浇冒口 183 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容